电力变换装置制造方法
【专利摘要】电力变换装置具备：逆变器装置，被容纳在逆变器箱内，设置有多个功率半导体模块；和DCDC变换器装置，被容纳在与逆变器箱能分离地固定的变换器箱内，设置有降压电路和／或升压电路，逆变器箱具有：第1流路形成体，形成有插入功率半导体模块的第1冷媒流路，以热方式与变换器箱接触；和第2流路形成体，形成有与第1冷媒流路平行地设置并插入功率半导体模块的第2冷媒流路，以热方式与变换器箱接触，DCDC变换器装置具有：电感元件、和搭载有对在该电感元件中流动的电流进行控制的开关元件的开关元件基板，电感元件及开关元件基板被配置在以热方式与变换器箱的第1及第2流路形成体接触的区域。
【专利说明】电力变换装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及以可分离的方式将DCDC变换器装置和逆变器装置一体化的电力变换
>J-U ρ?α装直。
【背景技术】
[0002]电动车或插件式混合动力车搭载用于利用动力驱动用的高电压蓄电池进行电动机驱动的逆变器装置和用于使车辆的灯或收音机等辅助设备工作的低电压蓄电池。在这种车辆中，搭载进行从高电压蓄电池到低电压蓄电池的电力变换或从低电压蓄电池到高电压蓄电池的电力变换的DCDC变换器装置(例如，参照专利文献I)。
[0003]在这种车辆中，期望尽可能增大室内相对于车辆整体的容积的比例，以提高居住性。因此，期望逆变器装置或DCDC变换器装置被搭载于车辆外特别是发动机室(engineroom)的尽可能小的空间内。
[0004](在先技术文献)
[0005](专利文献)
[0006](专利文献I)日本国专利第4300717号公报
【发明内容】
[0007](发明要解决的问题)
[0008]但是，发动机室内的环境温度比现有技术中的使用环境高，特别是在高温区域下的使用要考虑加快逆变器装置或DCDC变换器装置的控制功能下降或结构部件的劣化的状况。因此，作为逆变器装置或DCDC变换器装置的冷却机构，一般通过由水和混合物构成的冷媒来冷却装置。作为包括该冷却方法的冷却机构，冷却效率高且很好地节省空间是重要的技术要素。
[0009]但是，由于对于逆变器装置及DCDC变换器装置分别需要包括冷却管在内的冷却机构，因此冷却路径变得复杂，而且还存在车载空间增大的问题。
[0010](用于解决问题的手段)
[0011]根据本发明的I个方式，电力变换装置具备:逆变器装置，被容纳在逆变器箱内，设置有输出交流电流的多个功率半导体模块；和DCDC变换器装置，被容纳在与逆变器箱能分离地固定的变换器箱内，设置有降压电路和/或升压电路，逆变器箱具有:第I流路形成体，形成有插入功率半导体模块的第I冷媒流路，以热方式与变换器箱接触；和第2流路形成体，形成有与第I冷媒流路平行地设置并插入功率半导体模块的第2冷媒流路，以热方式与变换器箱接触，DCDC变换器装置具有:用于进行电压变换的电感元件、和搭载有对在该电感元件中流动的电流进行控制的开关元件的开关元件基板，电感元件及开关元件基板被配置在以热方式与变换器箱的 第I及第2流路形成体接触的区域。
[0012](发明效果)
[0013]根据本发明，能够提供一种防止因电力变换装置的高温度环境引起的装置的功能 下降或构成部件的劣化进一步发展，并抑制了大型化的电力变换装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是用于说明电力变换装置I的外观立体图。
[0015]图2是用于说明电力变换装置I的外观立体图
[0016]图3是说明逆变器装置200的结构的电路框图。
[0017]图4是逆变器装置200的分解立体图。
[0018]图5是表示功率半导体模块300a的外观的立体图。
[0019]图6是功率半导体模块300a的剖视图。
[0020]图7是从设有下罩体420的底面侧看到箱体10时的图。
[0021]图8是表示D⑶C变换器装置100的电路结构的图。
[0022]图9是表示D⑶C变换器装置100中的部件配置的分解立体图。
[0023]图10是电力变换装置I的剖视图。
[0024]图11是表示D⑶C变换器装置100的箱体内的部件配置的示意图。
[0025]图12是图10的凸部406与凹部Illd相接触的部分的放大图。
[0026]图13是说明倾斜的侧面lllf、10f的图。
[0027]图14是说明适配器基板70的图。
【具体实施方式】
[0028]以下，参照附图来说明用于实施本发明的方式。图1、2是表示电力变换装置I的外观的立体图。图2是相反地表示的图1的上下方向的图。电力变换装置I是一体化了 D⑶C变换器装置100和逆变器装置200的装置，在图1、2中以分离了 D⑶C变换器装置100和逆变器装置200的状态进行表示。D⑶C变换器装置100通过多个螺丝113而被固定在逆变器装置200的箱体底面侧。
[0029]该电力变换装置I适用于电动车等，逆变器装置200通过来自车载高电压蓄电池的电力而驱动行驶用电动机。车辆上搭载有用于使灯或收音机等辅助设备工作的低电压蓄电池，DCDC变换器装置100进行从高电压蓄电池到低电压蓄电池的电力变换、或从低电压蓄电池到高电压蓄电池的电力变换。
[0030]如后述那样，在逆变器装置200的箱体10的侧壁内形成有使冷媒流动的冷媒流路。冷媒从入口配管13流入到流路内，从出口配管14流出。在形成了流路的侧壁的下端，为了堵塞流路的开口，固定有下罩体420。即，在图2的下罩体420的下方形成有冷媒流路。因此，在箱体10的底面侧，下罩体420的部分以字状突出，底面部中央成为凹部。另一方面，D⑶C变换器装置100的箱体111在与逆变器装置200对置的面上形成有凹部11 Id。逆变器装置200被固定于D⑶C变换器装置100，以使在该凹部Illd嵌入箱体10的底面部分。
[0031]图3是说明逆变器装置200的构成的电路框图。另外，在图3中，作为半导体元件而使用绝缘栅型双极性晶体管，以下简称为IGBT。由作为上臂而工作的IGBT328及二极管156、和作为下臂工作的IGBT330及二极管166构成上下臂的串联电路150。逆变器电路140与要输出的交流电的U相、V相、W相这3相相应地具备该串联电路150。[0032]这些3相在本实施方式中与行驶用电动机所对应的电动发电机MGl的电枢线圈的3相中的各相线圈相对应。3相中的各个上下臂串联电路150从作为串联电路的中点部分的中间电极169输出交流电流。该中间电极169经过交流端子159及交流端子188，与作为电动发电机MGl的交流电线的交流汇流线802相连。
[0033]上臂的IGBT328的集电极153经由正极端子157而与电容器模块500的正极侧的电容器端子506电连接。此外，下臂的IGBT330的发射极经由负极端子158而与电容器模块500的负极侧的电容器端子504电连接。
[0034]控制电路172从上位控制装置经由连接器21而接受控制指令，基于这些指令，产生用于控制构成逆变器电路140的各相的串联电路150的构成上臂或者下臂的IGBT328或IGBT330的控制信号、即控制脉冲，将其提供给驱动器电路174。
[0035]驱动器电路174基于上述控制脉冲，向各相的IGBT328或IGBT330提供用于控制各相的串联电路150的构成上臂或者下臂的IGBT328或IGBT330的驱动脉冲。IGBT328或IGBT330基于来自驱动器电路174的驱动脉冲，进行导通或截止动作，将从电池136供给的直流电变换为三相交流电，将该变换后的电力提供给电动发电机MGl。
[0036]IGBT328具备集电极153、信号用发射极155和栅电极154。此外，IGBT330具备集电极163、信号用发射极165和栅电极164。二极管156电连接在集电极153与发射极155之间。此外，二极管166电连接在集电极163与发射极165之间。
[0037]作为开关用功率半导体元件，也可以使用金属氧化物半导体型场效应晶体管(以下简称为M0SFET)，此时，不需要二极管156、二极管166。作为开关用功率半导体元件，IGBT适用于直流电压比较高的情况，MOSFET适用于直流电压比较低的情况。
[0038]电容器模块500具备正极侧的电容器端子506、负极侧的电容器端子504、正极侧的电源端子509和负极侧的电源端子508。来自电池136的高电压的直流电经由直流连接器138而被供给至正极侧的电源端子509或负极侧的电源端子508，从电容器模块500的正极侧的电容器端子506及负极侧的电容器端子504提供给逆变器电路140。
[0039]另一方面，通过逆变器电路140从交流电变换后的直流电从正极侧的电容器端子506或负极侧的电容器端子504被供给至电容器模块500，从正极侧的电源端子509或负极侧的电源端子508经由直流连接器138而被供给至电池136，被蓄积在电池136中。
[0040]控制电路172具备用于对IGBT328及IGBT330的开关时刻进行运算处理的微型计算机(以下，称为“微机”)。作为对微机的输入信息，有向电动发电机MGl请求的目标转矩值、从串联电路150提供给电动发电机MGl的电流值及电动发电机MGl的转子的磁极位置。
[0041]目标转矩值是基于从未图示的上位控制装置输出的指令信号的值。电流值是基于电流传感器180检测到的检测信号而被检测出的值。磁极位置是基于从设置于电动发电机MGl的分解器等旋转磁极传感器(未图示)输出的检测信号而检测出的值。在本实施方式中，举例说明了电流传感器180检测3相电流值的情况，但是也可以检测2相量的电流值并通过运算求出3相量的电流。
[0042]控制电路172内的微机基于目标转矩值运算电动发电机MGl的d轴、q轴的电流指令值，基于该运算出的d轴、q轴的电流指令值、检测出的d轴、q轴的电流值之间的差分，运算d轴、q轴的电压指令值，并基于检测出的磁极位置，将该运算出的d轴、q轴的电压指令值变换为U相、V相、W相的电压指令值。然后，微机根据基于U相、V相、W相的电压指令值的基本波(正弦波)和载波(三角波)的比较来生成脉冲状的调制波，将该生成的调制波作为PWM(脉宽调制)信号而输出给驱动器电路174。
[0043]驱动器电路174在驱动下臂时，将放大PWM信号的驱动器信号输出给对应下臂的IGBT330的栅电极。此外，驱动器电路174在驱动上臂时，将PWM信号的基准电位的电平偏移至上臂的基准电位的电平之后放大PWM信号，并将其作为驱动器信号而分别输出给对应上臂的IGBT328的栅电极。
[0044]此外，控制电路172内的微机进行异常探测(过电流、过电压、过温度等)，来保护串联电路150。因此，向控制电路172输入感知信息。例如，从各臂的信号用发射极155及信号用发射极165流向各IGBT328和IGBT330的发射极的电流的信息被输入到对应驱动部(1C)。由此，各驱动部(IC)进行过电流探测，在探测到过电流的情况下，停止相应的IGBT328、IGBT330的开关动作，使相应的IGBT328、IGBT328330免受过电流的破坏。
[0045]从设于串联电路150中的温度传感器(未图不)向微机输入串联电路150的温度的信息。此外，向微机输入串联电路150的直流正极侧的电压的信息。微机基于这些信息进行过温度探测及过电压探测，在探测出过温度或者过电压的情况下，停止所有IGBT328、IGBT330的开关动作。
[0046]图4是逆变器装置200的分解立体图。用于使冷媒流入的入口配管13和用于使冷媒流出的出口配管14被配置在箱体10的同一侧壁上。在箱体10内的底部侧，以“ 口 ”字形状设有流路形成部12a、12b、12c。另外，与流路形成部12a平行地对置配置流路形成部12c，因此在图4中看不到流路形成部12c。在流路形成部12a、12b、12c形成有后述的冷媒流路19(参照图7)。从入口配管13流入的冷媒流过流路形成部12a?12c内的冷媒流路19后从出口配管14流出。
[0047]在相互平行的流路形成部12a，12c，形成多个用于在冷媒流路内装载功率半导体模块300a?300c的开口部400。在图4所示的例中，在设于图示左侧的流路形成部12a，形成有装载功率半导体模块300a、300b的2个开口部400。另一方面，虽然在图中看不出，但是在相反侧平行地设置的流路形成部12c形成有I个装载功率半导体模块300c的开口部400。这些开口 400通过将功率半导体模块300a?300c固定于流路形成部12a、12c而被堵住。
[0048]图5、6是说明功率半导体模块300a的图。另外，功率半导体模块300a?300c都是相同的结构，代表性地说明功率半导体模块300a的结构。图5是表示功率半导体模块300a的外观的立体图，图6是将功率半导体模块300a以通过直线D的截面切断后从方向E进行观察时的剖视图。
[0049]另外,在图5、6中，信号端子325U对应于图3公开的栅电极154及信号用发射极155，信号端子325L对应于图3公开的栅电极164及发射极165。此外，直流正极端子315B与图3公开的正极端子157是同一端子，直流负极端子319B与图3公开的负极端子158是同一端子。此外，交流端子320B是与图3公开的交流端子159是同一端子。
[0050]图6的剖视图表示配置了上下臂的串联电路150的IGBT328及二极管156的部分。IGBT330及二极管166相对于IGBT328及二极管156并排设置在与图面垂直的方向上。IGBT328及二极管156被夹持在导体板315与导体板318之间而被固定。同样，IGBT330及二极管166被夹持在导体板319与导体板320之间而被固定。导体板315等以其散热面露出的状态被第一密封树脂348密封，在该散热面热压接合绝缘片(sheet) 333。
[0051]被第一密封树脂348密封的模块一次密封体被插入模块箱体304之中，被绝缘片333夹持而热压接合到作为CAN型冷却器的模块箱体304的内表面。在此，CAN型冷却器是在一面具有插入口 306 (图5)而在另一面具有底部的筒状的冷却器。向残留在模块箱体304的内部的空隙填充第二密封树脂351。
[0052]模块箱体304由具有导电性的部件、例如铝合金材料(Al，AlSi，AlSiC, Al-C等)构成，且以无接缝的状态成形为一体。模块箱体304是未在插入口 306以外设置开口的结构，插入口 306通过凸缘(flange) 304B而包围其外周。
[0053]此外，具有比其他面宽的面的第I散热面307A及第2散热面307B被配置成相互对置的状态，使它们的散热面对置，配置有各功率半导体元件(IGBT328、IGBT330、二极管156、二极管166)。连接该对置的第I散热面307A和第2散热面307B的3个面构成以比该第I散热面307A及第2散热面307B窄的宽度密闭的面，在剩余的一边的面形成插入口306。模块箱体304的形状无需是准确的长方体，如图6所示，也可以是其角形成曲面。
[0054]通过使用这种形状的金属制箱体，即使向水或油等冷媒流动的冷媒流路19内插入模块箱体304，也能够通过凸缘304B确保相对于冷媒的密封性，因此能够通过简单的结构防止冷却介质侵入模块箱体304的内部。此外，在对置的第I散热面307A和第2散热面307B分别均匀地形成散热片305。并且，在第I散热面307A及第2散热面307B的外周形成有厚度极薄的弯曲部304A。弯曲部304A的厚度极薄，达到对散热片305施压就能够使弯曲部304A简单地变形的程度，因此插入模块一次密封体后的生产性得到提高。
[0055]如图5所不，在模块箱体304的外部设有用于与电容器模块500电连接的金属制的直流正极布线315A及直流负极布线319A，在其前端部分别形成有直流正极端子315B(157)和直流负极端子319B(158)。此外，在电动发电机MGl设有用于供给交流电的金属制的交流布线320A，在其前端形成有交流端子320B(159)。在本实施方式中，直流正极布线315A与导体板315连接，直流负极布线319A与导体板319连接，交流布线320A与导体板320连接。
[0056]在模块箱体304的外部还设有用于与驱动器电路174电连接的金属制的信号布线324U及324L，在其前端部分别形成有信号端子325U (154，155)和信号端子325L (164，165)。在本实施方式中，信号布线324U与IGBT328连接，信号布线324L与IGBT328连接。
[0057]直流正极布线315A、直流负极布线319A、交流布线320A、信号布线324U及信号布线324L在通过由树脂材料成形的布线绝缘部608而被相互绝缘的状态下一体地压制成形为辅助铸型体600。布线绝缘部608还起到用于支撑各布线的支撑部件的作用，用于此的树脂材料适合具有绝缘性的热固化性树脂或者热可塑性树脂。由此，能够确保直流正极布线315A、直流负极布线319A、交流布线320A、信号布线324U及信号布线324L之间的绝缘性，能够成为高密度布线。
[0058]辅助铸型体600与模块一次密封体实现金属接合之后，通过贯通设于布线绝缘部608中的螺栓孔的螺栓309而被固定于模块箱体304。连接部370中的模块一次密封体与辅助铸型体600的金属接合例如可以使用TIG焊接等。
[0059]直流正极布线315A和直流负极布线319A以在之间夹持布线绝缘部608而对置的状态下相互被层叠，形成了大致平行地延伸的形状。通过取这样的配置及形状，在功率半导体元件的开关动作时瞬间流动的电流相互对置且反向流动。由此，起到电流引起的磁场相互抵消的作用，通过该作用，能够实现低电感化。另外，交流布线320A或信号端子325U、325L也朝向与直流正极布线315A及直流负极布线319A相同的方向延伸。
[0060]通过金属接合连接模块一次密封体和辅助铸型体600的连接部370在模块箱体304内通过第二密封树脂351而被密封。由此，能够稳定地确保在连接部370与模块箱体304之间所需的绝缘距离，与无密封的情况相比，能够实现功率半导体模块300a的小型化。
[0061]返回图4，由设置成“ 口 ”字形状的流路形成部12a?12c包围的区域形成了用于容纳电容器模块500的容纳空间405。通过流过流路形成部12a?12c内的冷媒流路的冷媒，冷却容纳在容纳空间405内的电容器模块500。由此，电容器模块500被配置成由设于冷媒流路的流路形成部12a?12c包围，能够有效地进行冷却。
[0062]此外，由于沿着电容器模块500的外侧面形成有流路，因此与流路、电容器模块500或功率半导体模块300a?300c之间的配置达到整齐，整体更小型。此外，沿着电容器模块500的长边配置有冷媒流路，与插入到冷媒流路并被固定的功率半导体模块300a?300c之间的距离大致恒定，因此平滑电容器与功率半导体模块电路的电路常数在3相的各相中容易保持平衡，可成为容易降低峰值电压的电路结构。在本实施方式中，作为冷媒最好使用水。但是，也可以利用水以外的冷媒。
[0063]在电容器模块500的上方，配置汇流线装配器800。汇流线装配器800具备交流汇流线和保持该交流汇流线的保持部件，并且保持电流传感器180。通过铝材料的铸造一体地制作流路形成部12a?12c和箱体10，从而除了冷却效果外，还具有增强箱体10的机械强度的效果。此外，逆变器装置200整体的导热性变得更好，可提高冷却效率。当然，也可以与箱体10分开形成流路形成部12a?12c。
[0064]驱动器电路基板22配置在汇流线装配器800的上方。此外，在驱动器电路基板22与控制电路基板20之间配置金属基板11。金属基板11被固定于箱体10。该金属基板11起到搭载于驱动器电路基板22及控制电路基板20的电路群的电磁屏蔽体的功能的同时，使驱动器电路基板22和控制电路基板20产生的热量散发，具有冷却的作用。
[0065]另外，金属基板11起到提高控制电路基板20的机械谐振频率的作用。即，能够以短的间隔配置用于在金属基板11固定控制电路基板20的螺旋夹(Λ I； i A )部，能够缩短产生了机械振动时的支撑点之间的距离，能够提高谐振频率。能够相对于从发动机等传来的振动频率而提闻控制电路基板20的谐振频率，因此不易受:到振动的影响，可提闻可罪性。盖子8被固定于金属基板11，使控制电路基板20免受来自外部的电磁噪声的干扰。
[0066]本实施方式所涉及的箱体10中，容纳了流路形成部12a?12c的部分形成为大致长方体的形状，但从箱体10的一侧面侧形成有突出容纳部10g。在该突出容纳部10d，容纳从D⑶C变换器装置100延伸的端子102、直流侧的汇流线装配器900、电阻器450。在此，电阻器450是用于使蓄积于电容器模块500的电容器兀件中的电荷放电的电阻兀件。由此，将电池136与电容器模块500之间的电路部件集聚于突出容纳部IOd中，因此能够抑制布线的复杂化，能够对装置整体的小型化做贡献。
[0067]另外，盖子18是用于堵塞窗口 17的部件，该窗口 17是用于连接从ECDC变换器装置100延伸的端子102的作业用窗。另外，D⑶C变换器装置100在与箱体10的底面对置的面上形成有贯通端子102的开口部101。[0068]由此，构成为:在逆变器装置200的底部侧配置流路形成部12a~12c，接着从上开始依次进行固定电容器模块500、汇流线装配器800、基板等必要部件的作业，从而可提
高生产性和可靠性。
[0069]图7是从设有下罩体420的底面侧看到箱体10时的图。箱体10具有具备4个侧壁10a、IObUOcUOd的长方体形状。在箱体10的底面侧，形成有冷媒流路19的开口部404。“ ^ ”字形状的冷媒流路19由直线状的3个流路部(第I流路部19a，第2流路部19b，第3流路部19c)构成。开口部404也设置成字形状，该开口部404被下罩体420堵塞。在下罩体420与箱体10之间设有密封部件409，确保气密性。
[0070]在下罩体420，在与第I流路部19a及第3流路部19c对置的位置上形成有朝向与冷媒流路19相反的方向突出的3个凸部406和I个凸部407。与功率半导体模块300a~300c对应地设置3个凸部406。另外，形成在与第3流路部19c对应的位置上的凸部407是为了调整冷媒流路19的截面积而设置，在该部分不配置功率半导体模块。凸部407与凸部406是相同形状。由符号IOe表示的部分是容纳电容器模块500的容纳空间405 (参照图4)的底部。
[0071]冷媒如箭头417所示那样流入入口配管13，在箭头418的方向上在沿着箱体10的长边方向的边形成的第I流路部19a内流动。并且，冷媒在箭头421的方向上在沿着箱体10的短边方向的边形成的第2流路部19b内流动。该第2流路部19b形成往返流路。另外，冷媒在沿着箱体10的长边方向的边形成的流路形成部12c的第3流路部19c内流动。挟着电容器模块500与第I流路部19a平行地设置第3流路部19c。冷媒如箭头423所示那样从出口配管14流出。
[0072]第I流路部19a、第2流路部19b、第3流路部19c都形成得宽度方向比深度方向大。此外，在流路形成部12a~12c，形成为使形成于箱体10背面的开口部404和多个开口部400对置，因此成为容易通过铝铸造制造出的结构。
[0073]接着，说明D⑶C变换器装置100。图8是表示ECDC变换器装置100的电路结构的图。如图8所示，在本实施方式的ECDC变换器装置100中，设置为双向ECDC对应。因此，降压电路(HV电路)、升压电路(LV电路)不是二极管整流，而是同步整流结构。此外，为了通过HV / LV变换实现高输出，开关元件使用大电流部件，谋求平滑线圈的大型化。
[0074]具体而言，与HV / LV侧一同设为利用了具有恢复二极管的MOSFET的H电桥型同步整流开关电路结构(Hl~H4)。进行开关控制时，利用LC串联谐振电路(Cr，Lr)在高开关频率(IOOkHz)下进行过零开关动作，提高变换效率来降低热损耗。另外，还设置了有源箝位电路，降低降压动作时的循环电流引起的损耗，并抑制开关动作时的冲击电压的产生来降低开关元件的耐压，从而谋求电路部件的低耐压性来实现装置的小型化。
[0075]另外，为了确保LV侧的高输出，设为全波整流型的倍电流(电流倍增器，currentdoubler)方式。另外，实现高输出时，使多个开关元件并联地同时工作，从而确保高输出。在图8的例中，如、SWAl~SWA4、SWB1~SWB4那样并联了 4个元件。此外，将开关电路及平滑电抗器的小型电抗器(LI，L2)这两个电路并联配置成具有对称性，从而实现高输出。由此，将小型电抗器设为2电路配置，从而与配置I台大型电抗器的情况相比，能够实现Drac变换器装置整体的小型化。
[0076]图9、10及11是说明ECDC变换器装置100中的部件配置的图。图9是D⑶C变换器装置100的分解立体图。图10是将D⑶C变换器装置100和逆变器装置200 —体化的电力变换装置I的剖视图。图11是示意性示出了 Drac变换器装置100的箱体内的部件配置的图。
[0077]如图9所示，D⑶C变换器装置100的电路部件容纳在金属制(例如，铝压铸制)的箱体111内。在箱体111的开口部通过螺丝固定箱体盖子112。如上所述，在箱体111的底面侧固定逆变器装置200的箱体10。在箱体内的底面部分放置主变压器33、电感元件34、搭载了开关元件Hl?H4的功率半导体模块35、搭载了开关元件36的升压电路基板32、电容器38等。主要的发热部件是主变压器33、电感元件34、功率半导体模块35及开关元件36。
[0078]另外，如果记载与图8的电路图之间的对应，则主变压器33对应于变压器Tr，电感元件34对应于倍流器的电抗器L1、L2，开关元件36对应于开关元件SWAl?SWA4、SAWB1?SWB4。升压电路基板32还搭载了图8的开关元件S1、S2等。
[0079]开关元件Hl?H4的端子39向箱体上方延伸，与配置在功率半导体模块35的上方的降压电路基板31连接。降压电路基板31被固定在从箱体底面向上方突出的多个支撑部件上。在功率半导体模块35中，开关元件Hl?H4被安装在形成有图案的金属基板上，金属基板的背面侧被固定成与箱体底面密封。安装开关元件36的升压电路基板32也由同样的金属基板构成。在图9中，升压电路基板32被电容器38等阴影遮挡而看不到，因此由虚线示出。
[0080]在控制电路基板30安装控制设于升压电路或降压电路的开关元件的控制电路。控制电路基板30被固定在金属制的基板37上。基板37被固定在从箱体111的底面部向上方突出的多个支撑部111a。由此，控制电路基板30经由基板37而配置于在箱体底面部配置的发热部件(主变压器33、电感元件34或功率半导体模块35等)的上方。
[0081]参照图10及11，说明设于D⑶C变换器装置100的部件的配置。另外，在图10的剖视图中，作为容纳在逆变器装置200内的部件，仅示出了装载于流路形成部12a?12c的功率半导体模块300a?300c。如上所述，在逆变器装置200的箱体10内沿着各侧壁10a、IObUOc设置流路形成部12a?12c。
[0082]在沿着侧壁IOa的流路形成部12a中形成有第I流路部19a，在沿着侧壁IOb的流路形成部12b形成有第2流路部19b，在沿着侧壁IOc的流路形成部12c形成有第3流路部19c。向第I流路部19a插入功率半导体模块300a，向第3流路部19c插入功率半导体模块300c。另外，虽然未图示，但是功率半导体模块300b插入到第I流路部19a中。
[0083]D⑶C变换器装置100的箱体111在箱体底部Illb的外周面形成有凹部Illd及凸部111c。如图1所示，箱体111的凹部Illd至少形成在与设于箱体10的底部外周面的凸部406对置的区域上。S卩，凹部Illd隔着凸部406与流路部19a、19b、19c对置。此外，凸部Illc形成为与被箱体10的底部外周面的凸部406包围的区域对置。
[0084]虽然在图10中省略了图示，但是在箱体111与箱体10之间的间隙设有导热性出色的密封件(散热片、导热性油脂)。主变压器33被固定在与第I流路部19a对置的箱体内周面上。另一方面，搭载开关元件36的升压电路基板32或电容器38被固定在与第3流路部19c对置的箱体内周面上。在箱体111的底面部通过螺丝41等来螺旋夹止主变压器
33、升压电路基板32、电容器38等，但在箱体底部的厚度较厚的区域、例如凸部Illc上形成有螺栓孔。此外，在不与流路部19a、19b、19c对置的箱体底面部也配置部件的情况下，使该部分的厚度变厚来使其与箱体10接触，从而能够谋求提高该部件的冷却效率。
[0085]基板37通过螺丝被固定在形成于箱体111中的支撑部Illa上，控制电路基板30通过螺丝等被固定在形成于基板37的上表面的凸部37a上。在箱体111的开口部安装箱体盖子112，封闭箱体内部。
[0086]箱体111中，底面部(凹部Illd或凸部Illc等)以热的方式与逆变器装置200的箱体10接触，因此可通过流过箱体10的流路部19a?19c的冷媒间接地得以冷却。通过在箱体底面部固定部件，从而能够有效地进行冷却。特别是，关于发热量大的部件，配置在冷媒直接接触的下罩体402的凸部406所接触的区域，能够提高冷却效果。此外，基板37由金属形成，因此由控制电路基板30产生的热经由支撑部Illa及箱体111传递到箱体10。此外，基板37作为阻挡来自设于箱体底面部的发热部件的辐射热的阻挡部件而起作用，也可以作为使用铜材料等来阻挡来自开关元件的开关辐射噪声的屏蔽体而起作用。
[0087]图11的俯视图表示设于箱体111的底面部的发热部件的配置，表示移除了箱体盖子112的状态。虚线表示设于逆变器装置200的箱体10中的流路部19a?19c的配置。流路部19a?19c相对于箱体111的底面部而被设置成“〕”字形状，与第I流路部19a和第3流路部19c平行地设置。从入口配管13流入到第I流路部19a的冷媒按照第2流路部1%、第3流路部19c的顺序流动，从出口配管14流出。
[0088]主变压器33及2个电感元件34配置在与第I流路部19a对置的箱体底面部。此夕卜，构成降压电路的功率半导体模块35及降压电路基板31主要配置在与第2流路部19b对置的箱体底面部。构成升压电路的开关元件36及升压电路基板32配置在与第3流路部19c对置的箱体底面部。由此，将发热量比较大的部件配置在与流路部19a?19c对置的位置上，以提高冷却效率。
[0089]另外，也可以将箱体111的底面部的外周面设置成平面状，而不是图10所示的凹凸结构。此时，也可以通过在与凸部406接触的箱体底面部、即与流路部19a?19c对置的箱体底面部配置发热部件，来提高相对于发热部件的冷却效率。但是，如图10所示那样通过螺丝41等将部件固定于箱体底面部的情况下，需要如凸部Illc那样需要设置成考虑了螺栓孔的深度的厚度。因此，在将箱体111的底面部的外周面设置成平面状的情况下，与图10所示那样取凹凸结构时相比，存在箱体111整体的高度尺寸变大的缺点。
[0090]另外，通过将箱体111与箱体10之间的接触面设为凹凸结构，从而能够进一步增大接触面积，能够进一步提高相对于箱体111的冷却性能。此外,通过使箱体111的凸部Illc与箱体10的凹部IOe接触，从而提高对于在不与流路部19a?19c对置的箱体底面部配置的部件的冷却效率。
[0091]接着，说明凹凸结构中的凹凸面的截面形状。图12是图10的凸部406与凹部Illd接触的部分的放大图。在箱体111与箱体10之间，为了提高导热性，配置有散热片120。散热片120例如使用散热用硅胶片。
[0092]在图12所示的例中，凸部406及凸部Illc的侧面都以倾斜角=O度呈垂直的状态。即，凸部406的侧面与该凸部406的侧面被嵌入的凹部Illd的侧面垂直。散热片120被夹持在箱体111与箱体10之间，稍微压缩就可成为适当的面压，从而获得适当的散热特性。但是，在凸部406、lllc的侧面垂直的情况下，是在预先设定的垂直的间隙配置散热片的结构，因此不仅无法获得适当的面压，而且还如图12所示可能那样会在角部C产生间隙。
[0093]因此，如图13所示，将凸部Illc的侧面Illf (也可以是凹部Illd的侧面)设置成倾斜角为Θ1(〈90度)的倾斜面的同时，将凸部406的对应的侧面IOf设置成倾斜角为Θ 2 (〈90度)的倾斜面。设置成了倾斜角Θ1及Θ 2都小于90度，但是优选设置成30?45度左右。由此，通过将侧面IllfUOf设置成倾斜角小于90度的倾斜面，从而在将箱体111固定于箱体10时，能够压缩倾斜面部分的散热片120，能够设置成适当的面压。此外，角部的角度也大于90度且比较平缓，在角部不易产生间隙。
[0094]另外，通过将倾斜角Θ 1、Θ 2设定为Θ 1< Θ 2，从而如图13(b)的箭头那样，在箱体10的方向上对箱体111施压来压缩了散热片120时，斜面部分的散热片在箱体10的方向上被按压。其结果，散热片120陷入角部，进一步提高防止角部的间隙的产生的功能。
[0095]此外，也可以代替散热片120，在箱体之间的间隙埋入导热性油脂。具体而言，在箱体10、111的整个对置面涂敷油脂后将箱体111固定于箱体10即可。此时，若凸部111c、IOe的侧面垂直地形成，则在垂直面之间的间隙很难无间隙地涂敷油脂。另一方面，通过将凸部406、lllc的侧面设为倾斜面，从而能够无间隙地遍布油脂。例如，在电力变换装置I容纳于车辆的机罩(例如发动机室)内的情况下，若存在未被油脂覆盖的间隙，则由于空气、湿气、水等的影响，该部分的冷却性能有可能会劣化。但是，通过将箱体111与箱体10之间的间隙设定得非常小(几乎可以看作为零的大小)，从而通过毛细管现象带来的渗透性能够无间隙地遍布油脂。此外，溶剂蒸发后油脂固化，从而能够防止水等的影响。
[0096]逆变器装置是共用于HEV (混合动力车),PHEV (插件式混合动力车)或者EV的动力驱动用组件，大多情况下与车辆类别无关地利用。另一方面，DCDC变换器装置被搭载于PHEV或者EV，因此车辆类别不同的情况变多，需要根据LV电池负载来应对多种DCDC容量。因此，还可以考虑根据DCDC变换器装置100的设备种类而嵌合面的形状与逆变器装置200稍有不同的情况。在这种情况下，将如图14所示的适配器基板70配置在DCDC变换器装置100与逆变器装置200之间，从而能够解除嵌合面的不一致。另外，在嵌合部采用如图13所示的倾斜结构。
[0097]上述的本实施方式的电力变换装置I起到以下的作用效果。⑴电力变换装置I具备:逆变器装置200，被容纳于箱体10，设置了输出交流电流的多个功率半导体模块300 ;和D⑶C变换器装置100，被容纳于以可与箱体10分离的方式固定的箱体111，设置了降压电路和/或升压电路。并且，箱体10具有:流路形成部12a，形成有插入功率半导体模块300的第I冷媒流路、即第I流路部19a，以热方式与箱体111接触；流路形成部12c，形成有与第I流路部19a平行地设置且插入功率半导体模块300的第2冷媒流路、即第3流路部19c，以热方式与箱体111接触。DCDC变换器装置100具有用于进行电压变换的电感元件(主变压器33及电感元件34)、用于控制流过该电感元件的电流的搭载开关元件36的升压电路基板32、和搭载开关元件Hl?H4的基板(功率半导体模块35)。这些电感元件及开关元件基板被配置在以热方式与箱体111的流路形成部12a及流路形成部12c接触的区域内。
[0098]由此，将箱体111固定成以热方式与形成有流路部19a、19c的流路形成部12a、12c接触，在以热方式与该箱体111的流路形成部12a、12c接触的区域配置作为发热部件的电压变换用电感元件34等，从而能够使用逆变器装置200的冷却系统来有效地冷却DCDC变换器装置100的发热部件。其结果，能够防止高温度环境下的装置功能降低或结构部件的劣化的发展。
[0099]如上所述，逆变器装置是共用于HEV (混合动力车)、PHEV (插件式混合动力车)或者EV的动力驱动用组件，大多情况下与车辆类别无关地利用。另一方面，DCDC变换器装置被搭载于PHEV或者EV，因此车辆类别不同的情况较多，需要根据LV电池负载来应对多种DCDC容量。因此，在现有的装置中，一般分别配置逆变器装置和DCDC变换器装置，并各自具备基于冷媒工作的冷却结构。其结果，冷却结构是各自独立的2电路的分离结构，水路损耗变大，成为阻碍轻量化、小型化及成本的降低的要因。
[0100]另一方面，在本实施方式中，将逆变器装置200和D⑶C变换器装置100设为可分离的一体型，形成了省略DCDC变换器装置100的冷却系统的构成，因此能够实现电力变换装置I的小型化。此外，在箱体111的箱体底部Illb中，除了逆变器装置200的流路形成部12a、12c以热方式接触的区域外，还可以将它们之间的区域也用作冷却面，能够冷却更多的部件。此外，由于将逆变器装置200和D⑶C变换器装置100设为可分离的一体型，因此即使在根据车辆类别而D⑶C变换器装置100不同的情况下，也不需要对包括逆变器部分在内的结构/电路进行设计变更，可根据DCDC容量而单独进行变更。
[0101]另外，也可以是流路部19a和流路部19c连接成通过流路部19b可在箱体10内U形转变方向，但将流路部19a的出口和流路部19c的入口形成在侧壁10b，通过配管等在箱体10的外部连接。
[0102](2)特别是，将发热量比较大的电压变换用电感元件34配置在与作为冷媒的流动的上游侧的流路形成部12a以热方式接触的箱体111的区域，将开关元件基板配置在与作为冷媒的流动的下游侧的流路形成部12c以热方式接触的箱体111的区域，能够对发热量不同的多个发热部件分别进行有效的冷却。
[0103](3)箱体10具有流路形成部12b，其形成连接冷媒流路19a和冷媒流路19c的冷媒流路19b并与箱体111以热方式接触。也可以是，D⑶C变换器装置100具备降压电路及升压电路，电感元件(主变压器33，电感元件34)配置在箱体111的与流路形成部12a以热方式接触的区域，搭载降压电路的开关元件Hl?H4的基板(功率半导体模块35)配置在箱体111的与流路形成部12c及流路形成部12b中的任一方以热方式接触的区域，搭载升压电路的开关元件的升压电路基板32配置在箱体111的与流路形成部12c及流路形成部12b的另一方以热方式接触的区域。通过这样配置流路形成部12a?12c，从而能够在与冷媒流路对置的箱体底部Illb配置更多的发热部件。
[0104]另外，在上述的实施方式中，如图11所示，将功率半导体模块35配置在了与流路形成部12b接触的箱体111的区域，但是也可以配置在与流路形成部12c接触的区域。
[0105](4)流路形成部12a、流路形成部12c及流路形成部12b也可以分别具有向对置的箱体111方向突出的凸部406、407，与箱体111的箱体10对置的面中至少与凸部406、407对置的区域形成凹部llld，将凸部406、407插入凹部Illd而实现与凹部Illd的热接触。其结果,箱体10与箱体111之间的热接触面积进一步增大，可进一步提高箱体111侧的冷却效果。此外，将需要厚度的结构配置在凹部Illd以外的厚度厚的区域，从而能够进一步减小堆积箱体10和箱体111来进行固定时的层叠方向尺寸，能够实现电力变换装置I的小型化。另外，在实现一体化时进行嵌入凹凸的作业，因此组装作业变得容易。
[0106](5)在凸部与凹部之间的间隙也可以配置导热性油脂或散热片，由此可提高箱体10与箱体111的导热特性。另外，在图10、12所示的例中，将散热片120配置在了箱体10与箱体111之间的间隙的整个面上，但不一定是要配置在整个而上，例如也可以在配置有发热部件的区域的间隙进行设置。
[0107](6)如图13所示，通过将凸部406的侧面IOf的倾斜角Θ 2设置成小于90度、且将凹部Illd的侧面Illf的倾斜角Θ I设置成小于90度，从而导热性油脂或散热片的密封性变得更好，而且能够防止阻碍导热特性的要因、即接触面上的空隙等的产生。
[0108](7)另外，通过将凸部406的侧面IOf的倾斜角Θ 2设置成大于凹部Illd的侧面Illf的倾斜角Θ 1，从而起到将散热片120推动到容易产生空隙的角部的效果，能够非常有效地防止在角部产生空隙。
[0109](8)通过从箱体底部11 Ib突出的多个支撑部111a，也可以在电压变换用电感元件34及升压电路基板32的上方支撑基板37，在该基板37上载置控制电路基板30。通过这种结构，能够通过基板37阻挡来自发热部件的热福射的同时,经由基板37、支撑部Illa使控制电路基板30产生的热散发到箱体底部111b。
[0110]另外，以上的说明仅仅是一例，本发明并不限于这些内容。在本发明的技术思想范围内考虑到的其他方式也包含在本发明的范围内。例如，上述的实施方式中，以PHEV或者EV等搭载于车辆上的电力变换装置为例进行了说明，但是本发明并不限于此，还可以应用于在建设设备等的车辆中所使用的电力变换装置。
[0111]以下优先权基础申请的公开内容作为引用文而被写进本说明书中。
[0112]日本国专利申请2011年第164055号(2011年7月27日申请)
【权利要求】
1.一种电力变换装置，具备: 逆变器装置，被容纳在逆变器箱内，设置有输出交流电流的多个功率半导体模块；和DCDC变换器装置，被容纳在与所述逆变器箱能分离地固定的变换器箱内，设置有降压电路和/或升压电路， 所述逆变器箱具有: 第I流路形成体，形成有插入功率半导体模块的第I冷媒流路，该第I流路形成体以热方式与所述变换器箱接触；和 第2流路形成体，形成有与所述第I冷媒流路平行地设置并插入功率半导体模块的第2冷媒流路，该第2流路形成体以热方式与所述变换器箱接触， 所述DCDC变换器装置具有:用于进行电压变换的电感元件；和搭载有对在该电感元件中流动的电流进行控制的开关元件的开关元件基板， 所述电感元件及所述开关元件基板被配置在以热方式与所述变换器箱的所述第I流路形成体及所述第2流路形成体接触的区域。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其中， 冷媒从所述第I冷媒流路流向所述第2冷媒流路， 所述电感元件被配置于与所述第I流路形成体以热方式接触的区域， 所述开关元件基板被配置于与所述第2流路形成体以热方式接触的区域。
3.根据权利要求1所述的电力变换装置，其中， 所述逆变器箱具有第3流路形成体，该第3流路形成体形成有连结所述第I冷媒流路和所述第2冷媒流路的第3冷媒流路，并与所述变换器箱以热方式接触， 所述DCDC变换器装置具备降压电路及升压电路， 所述电感元件被配置于所述变换器箱的与所述第I流路形成体以热方式接触的区域，搭载所述降压电路的开关元件的基板被配置于所述变换器箱的与所述第2流路形成体及所述第3流路形成体中的任一方以热方式接触的区域， 搭载所述升压电路的开关元件的基板被配置于所述变换器箱的与所述第2流路形成体及所述第3流路形成体的另一方以热方式接触的区域。
4.根据权利要求3所述的电力变换装置，其中， 所述第I流路形成体、第2流路形成体及第3流路形成体分别具有向对置的所述变换器箱方向突出的凸部， 所述变换器箱的与所述逆变器箱对置的面在至少与所述凸部对置的区域形成凹部， 所述凸部插入至所述凹部，与所述凹部以热方式接触。
5.根据权利要求4所述的电力变换装置，其中， 在所述凸部与所述凹部的间隙配置了导热性油脂或散热片。
6.根据权利要求5所述的电力变换装置，其中， 以热方式接触的所述凸部及所述凹部的侧面分别由倾斜角小于90度的倾斜面构成。
7.根据权利要求6所述的电力变换装置，其中， 所述凸部的侧面的倾斜角大于所述凹部的侧面的倾斜角。
8.根据权利要求1至7的任一项所述的电力变换装置，其中， 所述电力变换装置还具备:多个支撑部件，形成于所述变换器箱内，在所述电感元件及开关元件基板的上方支撑金属板；和 控制电路基板，被载置于所述金属板上，控制所述DCDC变换器装置的开关元件的驱动。
【文档编号】H02M7/48GK103703667SQ201280037141
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2012年7月9日 优先权日:2011年7月27日
【发明者】樋口胜弘, 石井旭, 筱原秀则 申请人:日立汽车系统株式会社